沙钢管线钢LF 精炼的低成本深脱硫工艺.doc

沙钢管线钢LF精炼的低成本深脱硫工艺
邹长东1,耿涛1,周彦召1,赵家七1,丁振涛2,皇祝平2
((沙钢)钢铁研究院,江苏张家港215625;,江苏张家港215625)
摘要:根据沙钢对管线钢的生产需求及制造成本的控制,结合LF钢包精炼深脱硫的相关理论,开发了适用于管线钢的深脱硫精炼渣和低成本深脱硫工艺。使用该工艺,可完全不使用CaF2,只需使用石灰、铝脱氧产物和转炉下渣即可完成造渣,减少了石灰的消耗,降低了生产成本。180t LF生产实践表明:该工艺可将管线钢的硫含量稳定控制在10×10-6以下,精炼平均脱硫率高于85%。同时,该精炼渣具有较强的夹杂物吸附能力,精炼终点的非酸溶铝含量为(20~100)×10-6。
关键词:深脱硫;钢包精炼;管线钢;低成本;精炼渣
管线钢主要用于石油、天然气等的管道运输,对抗氢致裂纹、抗低温冲击等性能要求较高,而硫元素是严重恶化这些性能的有害元素[1]。因此,要求尽量去除管线钢中的硫元素。
沙钢冶炼管线钢时,LF精炼是脱硫的最后一道工序,之前一直使用CaO-CaF2系精炼渣。该渣系的特点是造渣简单方便,但缺点是脱硫效果不稳定。管线钢精炼终点的平均硫质量分数超过20×10-6。该渣系使用了大量的CaF2,不仅对环境造成污染,而且危害操作工的健康。同时,CaF2会加快钢包炉衬的侵蚀。另一方面,CaF2是价格相对昂贵的造渣材料,大量使用会额外增加生产成本。
本文基于铝镇静钢LF精炼脱硫的特点,开发了一种低熔点的无氟深脱硫精炼渣,只需使用石灰即可成渣,同时可降低石灰的消耗,从而降低LF深脱硫的成本。
1 精炼渣系的选择
管线钢为低碳铝镇静钢,铝脱氧的产物Al2O3大部分进入炉渣中,导致渣中的Al2O3含量较高。根据CaO-SiO2-Al2O3的相图可知,控制好渣中的Al2O3含量,可以获得低熔点的炉渣,此时可以不使用CaF2促进化渣,精炼渣可选择CaO-Al2O3渣系。由于转炉下渣、钢包耐材侵蚀等原因,炉渣中不可避免的存在SiO2和MgO,实际使用的精炼渣为CaO-Al2O3-SiO2-MgO渣系。
对铝镇静钢,LF精炼过程的脱硫反应为[2]:
(CaO)+(2/3)[Al]+[S]=(CaS)+(1/3)(Al2O3) (1)
式中:K1为反应平衡常数;a(Al2O3)和a(CaO)分别为渣中Al2O3和CaO的活度;ω([A1])、ω([S])和ω((S))分别为钢液中铝、硫的质量分数和渣中硫的质量分数,f(s)为渣中硫的活度系数。
原NKK公司的小仓康嗣等人定义炉渣因子((.),slag parameter)为[3]:
式中:ω((S)sat)为渣中硫的饱和质量分数。
由式(2)和(3)可以得到硫分配比Ls与炉渣因子的关系为:
从式(1)可以看出,降低炉渣中Al2O3的活度、提高CaO的活度有利于反应向脱硫方向进行。由式(4)可以看出,减小炉渣因子有利于提高渣—钢间的硫分配比。同时,从式(3)可以看出,降低炉渣中
Al2O3的活度和提高CaO的活度是减小炉渣因子的有效途径。因此,精炼脱硫渣应选择炉渣因子较小的渣系。
动力学方面,LF精炼脱硫主要通过炉渣与钢水间的反应来完成。炉渣的流动性越好,脱硫效果越好。对管线钢,精炼过程的温度一般都保持